深厚软土基坑开挖中预留土台...桩锚支护结构的作用效应分析_崔恩文.pdf

连云港职业技术学院学报2022 年第 4 期土层编号土层名称厚度/m重度/kN m-3C/kPa/分算合算c/kPa/填土1.8617.941510合算1510黏土1.317.4317.96.9合算17.96.9淤泥10.115.687.83合算7.83-1淤泥质黏土1.216.811.83.3合算11.83.3-2黏土1.417.5176.5合算176.5黏土1.218.5937.213.6合算37.213.6随着经济快速发展，大量高层、超高层建筑涌现，进而出现了深、大、密的基坑1-2，使得基坑支护的难度日益加大。许多传统的支护形式已经不再适用，尤其是在软土地基中，深而大的基坑开挖不仅增加了基坑支护的费用，而且给设计施工带来更加严峻的挑战。在工程实践中，在不影响周边环境安全的前提下，为了降低成本，基坑内侧预留土台得到了较为广泛的应用3。土台的预留可以有效地增加被动区土体的水平抗力及竖向压力，从而减少支护结构的内力变形4-5，对于开挖面积大的基坑而言，土台的预留可以产生较为可观的经济效益6-7。为此，笔者依托某基坑开挖工程实例，结合某基坑设计软件分析深厚软土基坑开挖中有无土台对桩锚支护基坑的作用效应。1工程概况1.1项目概况该拟建项目位于沿海地区某小区项目北侧，周边场地平整，交通便利，地理位置优越，场地平整，自然地面黄海标高为+4.000m（相对标高为-1.400m）。基坑支护采用锚杆加灌注桩支护体系，基坑设计深度4.15m，安全等级为二级，地下水位埋深 0.5m，周边荷载取 20kPa。1.2工程地质概况基坑开挖影响范围的土层分层状况及工程性质如下所示。素填土：松散，强度低，主要为某小区施工弃土，主要成分以灰色黏性土为主，堆积时间 5 年左右，强度低，未经处理。黏土：分布较稳定,部分地段缺失，厚度薄,强度低，为高压缩性土。淤泥：分布稳定，厚度大,强度极低，为高压缩性土，工程性能极差。-1 淤泥质黏土：分布稳定，厚度大,强度极低，为高压缩性土，工程性能极差。-2 黏土：局部有零星堆积，厚度薄,强度低，为中高压缩性土，工程性能差。黏土：分布较稳定，厚度较厚，强度较高，为中等压缩性土。粉质黏土：分布较稳定，强度高，厚度薄，为中等压缩性土。黏土：分布较稳定，厚度较厚，强度较高，为中等压缩性土。具体土层参数如表 1 所示。*收稿日期：2022-09-10深厚软土基坑开挖中预留土台对桩锚支护结构的作用效应分析崔恩文1，徐海群2，王倩1（1.连云港职业技术学院 建筑工程学院，江苏 连云港 222006；2.连云港市水利局 临洪水利工程管理处，江苏 连云港 222004）摘要：以某小区地下室基坑支护为背景，选取某一支护剖面为研究对象，借助某基坑设计软件分析了坑内有无土台对桩锚支护结构内力变形、地表沉降、整体稳定及抗倾覆的影响。结果表明，预留土台对桩锚支护结构内力变形、地表沉降较无土台时均有显著改善，尤其是锚杆内力与地表沉降，但对基坑整体稳定及支护桩抗倾覆改善不大，可供类似工程借鉴。关键词：预留土台；桩锚支护；内力变形；地表沉降中图分类号：TU472文献标志码：A文章编号：1009-4318（2022）04-0006-05钱清华，桂玉梅，高慧：治疗肺动脉高压新药 Selexipag 的研究进展第 35 卷第 4 期2022 年 12 月连云港职业技术学院学报Journal of Lianyungang Technical CollegeVol.35 No.4Dec.2022表 1土层参数DOI:10.19858/ki.1009-4318.2022.04.019第 35 卷第 4 期2设计计算工况2.1模型设计分析图 1 和图 2 分别表示坑内预留土台和无土台两种模型设计。图 1坑内有土台模型示意图图 2坑内无土台模型示意图比较图 1 和图 2 可知，二者除了坑内有无土台之别，其他设计参数均相同。具体设计参数如下：开挖深度为 4.15m，基坑顶部采用放坡形式，坡率为 1：1，其中坡高和坡宽均为 1.5m，台宽为 1m；挡土墙选用灌注桩，嵌入深度 12.85m，混凝土等级为 C30，桩径0.5m，桩间距 0.7m；支撑类型为锚杆，水平间距为2.1m，预加轴力为 70KN/m，长度 32m，倾角 35 度，直径 400mm，自由段长度 16m，钢筋根数 3，种类S7-1860，直径为 15.2mm，注浆固结体弹性模量为2 000MPa。2.2计算工况分析表 2 表示坑内无土台和有土台两种开挖工况，二者除了工况 3 不同外，工况 1 和工况 2 均相同。工况1 和工况 2 表示基坑先往下开挖至 2.1m 深度，之后在 1.6m 深度处施加锚杆支撑。对于坑内无土台情况，工况 3 表示继续往下开挖至 4.15m 深度；对于坑内有土台情况，工况 3 表示坑内预留土台，其中土台台宽为 0m，台高为 2.05m，坡宽为 18.16m。坑内有无土台工况具体如图 3 和图 4 所示。表 2坑内有无土台开挖工况单位：m图 3坑内无土台开挖工况图 4坑内有土台开挖工况土层编号土层名称厚度/m重度/kN m-3C/kPa/分算合算c/kPa/粉质黏土1.219.0934.614.7合算34.614.7黏土1.119.3351.114.5合算51.114.5粉质黏土1.119.6845.817合算45.81711粉质黏土4.119.6245.612合算45.612续表 1类型深度盆式开挖潜水位承压水台高台宽坡宽无土台1 开挖2.12.62 加撑1.62.63 开挖4.154.651 开挖2.12.62 加撑1.62.6有土台3 开挖4.152.05018.164.65崔恩文等：深厚软土基坑开挖中预留土台对桩锚支护结构的作用效应分析7连云港职业技术学院学报2022 年第 4 期3计算结果分析3.1内力变形对比分析由图 5 和图 6 可知，坑内无土台锚杆最大反力为113KN/m，坑内有土台锚杆最大反力为 72.1KN/m，相对于坑内无土台时锚杆反力降低 40.9 KN/m；坑内无土台灌注桩最大变形为 33mm，坑内有土台灌注桩最大变形为 21.1mm，相对于坑内无土台时灌注桩最大变形降低 11.9mm；坑内无土台灌注桩最大弯矩和剪力分别为 183.8KN.m 和 44.7KN，坑内有土台灌注桩最大弯矩和剪力分别为 122.3KN.m 和 22.5KN，相对于坑内无土台时灌注桩最大弯矩和最大剪力分别降低 61.5KN.m 和 22.2KN。具体如表 3 所示。表 3坑内有无土台内力变形对比分析锚杆约束反力/KN灌注桩最大位移/mm灌注桩最大弯矩/KN.m灌注桩最大剪力/KN坑内无土台11333183.844.7坑内有土台72.121.1122.322.5增减值-40.9-11.9-61.5-22.5差值率%36.236.133.550.3其中，增减值为对应项坑内无土台与有土台数值之差，差值率为对应项增减值的绝对值与坑内无土台数值之比。分析表 3 可知，坑内有土台较无土台时对锚杆、灌注桩的内力变形值的降低影响很大，其中锚杆约束反力、灌注桩最大位移以及最大弯矩下降均在 33%以上，灌注桩最大剪力下降可达 50%以上，这些数据可以客观地反映坑内有土台可以较大的提高基坑支护的安全性。图 5坑内无土台灌注桩内力变形图图 6坑内有土台灌注桩内力变形图3.2整体稳定对比分析图 7 和图 8 分别表示坑内无土台和有土台基坑整体稳定性计算结果。坑内无土台基坑开挖至 4.15m深度的整体稳定性系数为 2.33，坑内有土台基坑开挖至 4.15m 深度的整体稳定性系数为 2.59，二者均满足设计规范要求，但数值相差较小，较坑内无土台时基坑整体稳定系数仅提高 11%，表明坑内有无土台对基坑整体稳定性影响不是很大。图 7坑内无土台基坑开挖至 4.15m 深度的整体稳定性验算图 8坑内有土台基坑开挖至 4.15m 深度的整体稳定性验算8第 35 卷第 4 期表 4坑内有无土台基坑开挖至 4.15m 深度锚杆极限抗拔承载力验算深度/m长度/m拉力 Nk/kN承载力 Rk/NkRk/Nk拉力 Nd/kN杆体 Rd/kN无土台1.632289.7719.12.48362.1558.9有土台1.632184.9719.13.89231.2558.9崔恩文等：深厚软土基坑开挖中预留土台对桩锚支护结构的作用效应分析3.3抗倾覆对比分析图 9 和图 10 表示坑内有无土台情况下基坑开挖至 4.15m 深度时灌注桩的抗倾覆计算结果。结果表明，二者均满足工程设计规范要求，其中坑内无土台基坑开挖至 4.15m 时灌注桩的抗倾覆系数为 1.23，坑内有土台基坑开挖至 4.15m 时灌注桩的抗倾覆系数为 1.36，较坑内无土台时灌注桩的抗倾覆系数仅提高10.5%，表明坑内有无土台对灌注桩的抗倾覆系数影响不是很大。图 9坑内无土台基坑开挖至 4.15m 深度的抗倾覆验算图 10坑内有土台基坑开挖至 4.15m 深度的抗倾覆验算3.4锚杆承载力对比分析表 4 代表坑内有无土台基坑开挖至 4.15m 深度锚杆极限抗拔承载力计算结果，坑内无土台时锚杆拉力为 289.7KN，抗拔安全系数为 2.48；坑内有土台时锚杆拉力为 184.9KN，抗拔安全系数为 3.89，较坑内无土台拉力降低 36.2%，抗拔安全系数增加 56.8%。由此可见，坑内有土台对锚杆的拉力及抗拔安全系数影响很大，可大大提高锚杆的抗拔能力，增加基坑支护的安全性能。图 11 和图 12 代表坑内有无土台情况下地表沉降情况，坑内无土台地表最大沉降发生在距离坡顶7.16m 处，数值为 28.7mm；坑内有土台地表最大沉降发生在距离坡顶 8.48m 处，数值为 12.4mm，较坑内无土台地表最大沉降降低 56.8%，说明坑内有土台可以较大降低周边地表沉降，进而减小对周边构筑物的破坏。图 11坑内无土台地表沉降图 12坑内有土台地表沉降4结论通过借助某基坑设计软件分析深厚软土坑内有无土台对桩锚支护结构的作用效应影响，得出坑内留有土台对锚杆支护结构的内力变形、地表沉降较无土台时有显著改善，尤其是锚杆内力与地表沉降得到极大改善，但对基坑整体稳定及支护桩抗倾覆改善不大，可供类似工程借鉴。9连云港职业技术学院学报2022 年第 4 期Analysis of Effect of Reserved Soil Platform on Pile-AnchorRetaining Structure in Deep Soft Soil ExcavationCUI Enwen1，XU Haiqun2，WANG Qian1（1.School of Architecture and Engineering，Lianyungang Technical College，Lianyungang 222006，China；2.Linhong Management Office of Water Resources Project，Lianyungang Water Resources Bureau，Lianyungang222006，China）Abstract:This article analyzes the influence of the presence or absence of soil platforms in the pit on the internalforce deformation，surface settlement，overall stability and anti-overturning of the pile-anchor support structure,taking the foundation pit support of a residential area as the background，a certain supporting section as theresearch object，with the help of a foundation